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函数模板与类模板：C++泛型编程核心解析

news 2025/10/19 6:34:29

前言
一、泛型编程
二、函数模板
- 2.1 函数模板概念
- 2.2 函数模板格式
- 2.3 函数模板的原理
- 2.4 函数模板的实例化
- - 2.4.1 显式实例化的应用场景
- 2.5 模板参数的匹配原则
三、类模板
- 3.1 类模板的定义格式与实例化
- 3.2 模板参数的缺省参数
结语

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前言

大家好啊，我是云泽Q，欢迎阅读我的文章，一名热爱计算机技术的在校大学生，喜欢在课余时间做一些计算机技术的总结性文章，希望我的文章能为你解答困惑~

一、泛型编程

如何实现一个通用的交换函数呢？
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使用函数重载虽然可以实现，但是有以下几个不好的地方：

重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低，只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函数
代码的可维护性比较低，一个出错可能所有的重载均出错

那能否告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子生成代码呢？
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如果在C++中，也能够存在这样一个模具，通过给这个模具中填充不同材料（类型），来获得不同材料的铸件（即生成具体类型的代码），那将节省许多头发。巧的是前人早已将树载好，我们只需在此乘凉。

泛型编程：编写与类型无关的通用代码，是代码服用的一种手段。模板是泛型编程的基础
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二、函数模板

2.1 函数模板概念

函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本

2.2 函数模板格式

template<typename T1,typename T2,.....,typename Tn>
返回值类型 函数名（模板参数列表）{}

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T是模板的类型（type的首字母），类型通常喜欢用大写，多个参数也可以，最好用带有实际含义的单词（比如指针就是Ptr，引用就是Ref），默认使用T
注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class（但是不能使用struct代替class）

2.3 函数模板的原理

函数模板是一个蓝图，它本身并不是函数（函数在处理时会编译成一段指令，int和char的指令是不一样的，如果交换的是int，tmp对象是4个字节，如果交换的是char，tmp对象是一个字节），是编译器用使用方式产生特定具体类型函数的模板，这里转到汇编看一下
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所以其实模板就是将本来该我们做的重复的事情交给了编译器

在编译器编译阶段，对于模板函数的使用，编译器需要根据传入的实参类型来推演生成对应类型的函数以供调用。比如：当用double类型使用函数模板时，编译器通过对实参类型的推演，将T确定为double类型，然后产生一份专门处理double类型的代码，对于字符类型也是如此

2.4 函数模板的实例化

函数模板的实例化和类实例化对象很相似，类是一个图纸，类定义对象就是用类去实例化对象开出空间

函数模板的实例化就是编译器推演出类型后根据模板实例化出具体的函数。模板参数实例化分为：隐式实例化和显式实例化
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写模板时参数部分要使用引用，而且要加const（Swap的情况不加const，期望形参的改变影响实参），要符合泛型编程的思想，如果T为int，用传值传参和传引用传参差别不大。如果T是一个深拷贝的对象，传值的代价就很大了，这样普通类型和const类型都能传过来，不会造成权限的放大

cout << Add(a1, d1) << endl;该语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其实参类型
通过实参a1将T推演为int，通过实参d1将T推演为double类型，但模板参数列表中只有一个T
编译器无法确定此处到底该将T确定为int或者double类型而报错
注意：在模板中，编译器一般不会进行类类型转换操作，因为一旦转换出问题，编译器就需要背黑锅

此时有两种处理方式：